JP2010022828A - 弾性映像を形成する超音波システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】弾性映像を形成する超音波システム及び方法を提供する。
【解決手段】本発明による超音波システムは、超音波信号を対象体に送信して前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信し、第１の超音波データを獲得して、前記対象体に圧力が印加される間、超音波信号を前記対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して第２の超音波データを獲得するように動作する超音波データ獲得部と、前記第１の超音波データを用いて第１のフレーム映像データを形成し、前記第２の超音波データを用いて第２のフレーム映像データを形成するように動作するフレーム映像データ形成部と、前記第１及び第２のフレーム映像データを用いてストレインを算出し、前記ストレインを用いて基準値を設定し、前記基準値を用いて弾性映像を形成するように動作するプロセッサとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波システムに関し、特に、弾性映像を形成する超音波システム及び方法に関する。

超音波システムは、無侵襲及び非破壊特性を有しており、対象体内部の情報を得るために医療分野で広く用いられている。超音波システムは、対象体を直接切開して観察する外科手術の必要なく、対象体内部の高解像度の映像を医師に提供できるので、医療分野で非常に重要なものとして用いられている。

一般に、超音波映像は組織の間のインピーダンス差による反射係数を用いるＢモード（Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｍｏｄｅ）により、主に表現される。しかし、腫瘍や癌組織のように周囲の組織と比較して反射係数の差が生じない部分はＢモードで観察することが難しい。このように反射係数の差がない組織は機械的な特性を映像化する弾性映像法（Ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ）で表現することができる。即ち、Ｂモード映像では正常組織と非正常組織との間の散乱効率の差が大きくないため区別が難しいが、外部から力（ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を加える時と加えない時の媒質の機械的な反応差を用いて対象体内の病変を分析する弾性映像法を用いれば、正常組織と非正常組織との間の区別が可能になる。

弾性映像法は、Ｂモード映像で診断できない組織の機械的な性質を映像化するので、病変の診断に大いに役に立つ。弾性映像法は、組織の弾性が病理学的現象と関連があることを利用する。例えば、腫瘍や癌組織は周囲の軟組織に比べて組織が硬いので、外部から同じ力を与えた時、周囲組織より変形程度が小さい。

このように弾性映像法は、外部から同一の力を加えて組織を変形させる場合、癌のように硬い組織は変形される程度が少なくて柔らかい組織は容易に形状が変わる現象を用いて組織の病変を確認する映像技法である。単位面積当りに加えられる力である応力（ｓｔｒｅｓｓ、ストレス）により変形された程度を変形率（ｓｔｒａｉｎ、ストレイン）とし、弾性係数（Ｙｏｕｎｇ’ｓ ｍｏｄｕｌｕｓ）Ｅは、ストレインに対するストレスの比率値として定義される。対象体内の弾性係数の測定は、媒質に一定の力を印加した後に変形された程度を測定してその比率を求めれば良いが、対象体内の弾性係数はストレス分布を正確に測定することができないため、対象体内のストレス分布が同一であるという仮定を前提としてストレインだけでも弾性を推定する。即ち、超音波弾性映像では対象体内に加えられたストレス分布を正確に測定するのは難しいため、ストレインのみを測定して映像化をしている。従って、相対値で弾性映像を表現するため、測定する者ごとに、または測定する時期ごとに異なって表現されるため、組織内の病変の推移（例として、大きさ、面積等）を見て診断することが不可能である。

特開２００８−０６８０９４号公報

本発明は、ストレインに対する基準値を用いて弾性映像を形成する超音波システム及び方法を提供する。

本発明による超音波システムは、超音波信号を対象体に送信して前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信し、第１の超音波データを獲得して、前記対象体に圧力が印加される間、超音波信号を前記対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して第２の超音波データを獲得するように動作する超音波データ獲得部と、前記第１の超音波データを用いて第１のフレーム映像データを形成し、前記第２の超音波データを用いて第２のフレーム映像データを形成するように動作するフレーム映像データ形成部と、前記第１及び第２のフレーム映像データを用いてストレインを算出し、前記ストレインを用いて基準値を設定し、前記基準値を用いて弾性映像を形成するように動作するプロセッサとを備える。

また、本発明による弾性映像形成方法は、ａ）超音波信号を対象体に送信して前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信し、第１の超音波データを獲得する段階と、ｂ）前記第１の超音波データを用いて第１のフレーム映像データを形成する段階と、ｃ）前記対象体に圧力が加えられる間、超音波信号を対象体に送信して前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して第２の超音波データを獲得する段階と、ｄ）前記第２の超音波データを用いて第２のフレーム映像データを形成する段階と、ｅ）前記第１及び第２のフレーム映像データを用いてストレインを算出し、前記ストレインを用いて基準値を設定し、前記基準値を用いて弾性映像を形成する段階とを備える。

本発明は、同じ部分に対して主をなしている弾性が分かって、これを基準に関心領域がどの程度に硬くなるか或いは軟らかくなっている推移が分かり、推移を通じて患者に対する進行経過の追跡が可能な利点がある。

本発明の実施例による超音波システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例による超音波データ獲得部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例によるプロセッサの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例によるヒストグラム及び基準値の例を示す例示図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例による超音波システム１００の構成を示すブロック図である。超音波システム１００は、超音波データ獲得部１１０、フレーム映像データ形成部１２０、プロセッサ１３０、ディスプレイ部１４０及び制御部１５０を備える。

超音波データ獲得部１１０は、超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射される超音波信号（即ち、超音波エコー信号）を受信して超音波データを獲得する。

図２は、本発明の実施例による超音波データ獲得部１１０の構成を示すブロック図である。超音波データ獲得部１１０は送信信号形成部１１１、超音波プローブ１１２、ビームフォーマ１１３及び超音波データ形成部１１４を備える。

送信信号形成部１１１は、対象体に圧力が印加される前に第１の送信信号を形成する。また、送信信号形成部１１１は対象体に圧力が印加された後に第２の送信信号を形成する。

超音波プローブ１１２は、複数の変換素子（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ）（図示せず）を備える。超音波プローブ１１２は、送信信号形成部１１１から第１の送信信号が提供されれば、第１の送信信号を超音波信号に変換して対象体に送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信して第１の受信信号を形成する。また、超音波プローブ１１２は送信信号形成部１１１から第２の送信信号が提供されれば、第２の送信信号を超音波信号に変換して対象体に送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信して第２の受信信号を形成する。

ビームフォーマ１１３は、超音波プローブ１１２から第１の受信信号が提供されれば、第１の受信信号をアナログデジタル変換して第１のデジタル信号を形成する。ビームフォーマ１１３は、変換素子の位置及び集束点を考慮して第１のデジタル信号を受信集束させ、第１のデジタル受信集束信号を形成する。ビームフォーマ１１３は超音波プローブ１１２から第２の受信信号が提供されれば、第２の受信信号をアナログデジタル変換して第２のデジタル信号を形成する。ビームフォーマ１１３は、変換素子の位置及び集束点を考慮して第２のデジタル信号を受信集束させ、第２のデジタル受信集束信号を形成する。

超音波データ形成部１１４は、ビームフォーマ１１３から第１のデジタル受信集束信号が提供されれば、第１のデジタル受信集束信号を用いて第１の超音波データを形成する。また、超音波データ形成部１１４はビームフォーマ１１３から第２のデジタル受信集束信号が提供されれば、第２のデジタル受信集束信号を用いて第２の超音波データを形成する。

再び図１を参照すれば、フレーム映像データ形成部１２０は、超音波データ獲得部１１０から提供される超音波データを用いてフレーム映像データを形成する。本実施例で、フレーム映像は対象体から反射された超音波エコー信号の反射係数に基づいてグレースケールで示すＢモード（ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｍｏｄｅ）映像を備えることができる。フレーム映像データ形成部１２０は、超音波データ獲得部１１０から第１の超音波データが提供されれば、第１の超音波データを用いて第１のフレーム映像データを形成する。また、フレーム映像データ形成部１２０は、超音波データ獲得部１１０から第２の超音波データが提供されれば、第２の超音波データを用いて第２のフレーム映像データを形成する。

プロセッサ１３０は、第１及び第２のフレーム映像データを用いて弾性映像を形成する。

図３は、本発明の実施例によるプロセッサ１３０の構成を示すブロック図である。プロセッサ１３０は変位算出部１３１、ストレイン算出部１３２、基準値設定部１３３及び弾性映像形成部１３４を備える。

変位算出部１３１は、第１及び第２のフレーム映像データ間の変位を算出する。本実施例で、変位は第１及び第２のフレーム映像データを用いて第１及び第２のフレーム映像の間にピクセルまたはブロック単位で算出できる。また、変位は相互相関（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法または自己相関（ａｕｔｏ−ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法を用いて算出できる。

ストレイン算出部１３２は、変位算出部１３１で算出された変位を用いてストレインを算出する。

基準値設定部１３３は、ストレインを用いて基準値を設定する。基準値はストレインの頻度数の最大値及びストレインの平均値のうちのいずれか一つを備えることができる。一実施例で、基準値設定部１３３はストレインを正規化し、正規化されたストレインを図４に示された通りヒストグラムを形成する。基準値設定部１３３はヒストグラムを分析してストレインの頻度数の最大値を検出し、検出された最大値を基準値として設定する。他の実施例で、基準値設定部１３３はストレインの平均値を算出し、算出された平均値を基準値として設定する。

弾性映像形成部１３４は、基準値設定部１３３で設定された基準値を用いて弾性映像を形成する。一実施例で、弾性映像形成部１３４はストレインで基準値より小さなストレインを検出し、検出されたストレインを用いて弾性映像を形成する。ここで、弾性映像は硬い組織（例えば、病変）の弾性映像である。他の実施例で、弾性映像形成部１３４はストレインで基準値より大きいストレインを検出し、検出されたストレインを用いて弾性映像を形成する。ここで、弾性映像は柔らかい組織の弾性映像である。他の実施例で、弾性映像形成部１３４はストレインで基準値より小さなストレイン及び基準値より大きいストレインを検出し、検出されたストレインを用いて弾性映像を形成する。

再び図１を参照すれば、ディスプレイ部１４０はプロセッサ１３０で形成された弾性映像をディスプレイする。

制御部１５０は、超音波データ獲得部１１０で超音波信号の送受信及び超音波データの形成を制御する。制御部１５０は、フレーム映像データ形成部１２０で第１及び第２のフレーム映像データの形成を制御する。制御部１５０は、プロセッサ１３０で弾性映像の形成を制御する。制御部１５０は、弾性映像のディスプレイを制御する。

本発明が望ましい実施例によって説明され例示されたが、当業者であれば添付した特許請求の範囲の事項及び範疇を逸脱せず、様々な変形及び変更がなされることが分かる。

１１０ 超音波データ獲得部
１２０ フレーム映像データ形成部
１３０ プロセッサ
１４０ ディスプレイ部
１５０ 制御部

Claims (16)

1. 超音波システムであって、
   超音波信号を対象体に送信して前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信し、第１の超音波データを獲得して、前記対象体に圧力が印加される間、超音波信号を前記対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して第２の超音波データを獲得するように動作する超音波データ獲得部と、
   前記第１の超音波データを用いて第１のフレーム映像データを形成し、前記第２の超音波データを用いて第２のフレーム映像データを形成するように動作するフレーム映像データ形成部と、
   前記第１及び第２のフレーム映像データを用いてストレインを算出し、前記ストレインを用いて基準値を設定し、前記基準値を用いて弾性映像を形成するように動作するプロセッサと
   を備えることを特徴とする超音波システム。
2. 前記基準値は、前記ストレインの頻度数の最大値及び前記ストレインの平均値のうちのいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
3. 前記プロセッサは、
   前記第１及び第２のフレーム映像データ間の変位を算出するように動作する変位算出部と、
   前記変位を用いて前記ストレインを算出するように動作するストレイン算出部と、
   前記ストレインを用いて前記基準値を設定するように動作する基準値設定部と、
   前記基準値を用いて前記弾性映像を形成するように動作する弾性映像形成部と
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の超音波システム。
4. 前記基準値設定部は、前記ストレインの頻度数の最大値を検出し、前記検出された最大値を前記基準値として設定するように動作することを特徴とする請求項３に記載の超音波システム。
5. 前記基準値設定部は、前記ストレインの平均値を算出し、前記算出された平均値を前記基準値として設定するように動作することを特徴とする請求項３に記載の超音波システム。
6. 前記弾性映像形成部は、前記ストレインで前記基準値より小さなストレインを検出し、前記検出されたストレインを用いて前記弾性映像を形成するように動作することを特徴とする請求項３に記載の超音波システム。
7. 前記弾性映像形成部は、前記ストレインで前記基準値より大きいストレインを検出し、前記検出されたストレインを用いて前記弾性映像を形成するように動作することを特徴とする請求項３に記載の超音波システム。
8. 前記弾性映像形成部は、前記ストレインで前記基準値より小さなストレイン及び前記基準値より大きいストレインを検出し、前記検出されたストレインを用いて前記弾性映像を形成するように動作することを特徴とする請求項３に記載の超音波システム。
9. 弾性映像を形成する方法であって、
   ａ）超音波信号を対象体に送信して前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信し、第１の超音波データを獲得する段階と、
   ｂ）前記第１の超音波データを用いて第１のフレーム映像データを形成する段階と、
   ｃ）前記対象体に圧力が加えられる間、超音波信号を対象体に送信して前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して第２の超音波データを獲得する段階と、
   ｄ）前記第２の超音波データを用いて第２のフレーム映像データを形成する段階と、
   ｅ）前記第１及び第２のフレーム映像データを用いてストレインを算出し、前記ストレインを用いて基準値を設定し、前記基準値を用いて弾性映像を形成する段階と
   を備えることを特徴とする弾性映像形成方法。
10. 前記基準値は、前記ストレインの頻度数の最大値及び前記ストレインの平均値のうちのいずれか一つを含むことを特徴とする請求項９に記載の弾性映像形成方法。
11. 前記段階ｅ）は、
    前記第１及び第２のフレーム映像データ間の変位を算出する段階と、
    前記変位を用いて前記ストレインを算出する段階と、
    前記ストレインを用いて前記基準値を設定する段階と、
    前記基準値を用いて前記弾性映像を形成する段階と
    を備えることを特徴とする請求項１０に記載の弾性映像形成方法。
12. 前記段階ｅ３）は、
    前記ストレインの頻度数の最大値を検出する段階と、
    前記検出された最大値を前記基準値として設定する段階と
    を備えることを特徴とする請求項１１に記載の弾性映像形成方法。
13. 前記段階ｅ３）は、
    前記ストレインの平均値を算出する段階と、
    前記算出された平均値を前記基準値として設定する段階と
    を備えることを特徴とする請求項１１に記載の弾性映像形成方法。
14. 前記段階ｅ４）は、
    前記ストレインで前記基準値より小さなストレインを検出する段階と、
    前記検出されたストレインを用いて前記弾性映像を形成する段階と
    を備えることを特徴とする請求項１１に記載の弾性映像形成方法。
15. 前記段階ｅ４）は、
    前記ストレインで前記基準値より大きいストレインを検出する段階と、
    前記検出されたストレインを用いて前記弾性映像を形成する段階と
    を備えることを特徴とする請求項１１に記載の弾性映像形成方法。
16. 前記段階ｅ４）は、
    前記ストレインで前記基準値より小さなストレイン及び前記基準値より大きいストレインを検出する段階と、
    前記検出されたストレインを用いて前記弾性映像を形成する段階と
    を備えることを特徴とする請求項１１に記載の弾性映像形成方法。

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